红格某选铁尾矿磨矿动力学研究.pdf

2 8 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第3 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n l 6 7 l 一9 4 9 2 ．2 0 1 9 ．0 3 ．0 0 6 红格某选铁尾矿磨矿动力学研究 何逵1 ，库建刚2 1 ．攀枝花学院钒钛学院，四川攀枝花6 17 0 0 0 ；2 ．福州大学紫金矿业学院，福州3 5 0 1 0 8 摘要采用分批次磨矿试验，选取了一2m m 粒级红格某选铁尾矿为原料，研究其在球磨机中的磨矿动力学行为，对多 个窄粒级范围的磨矿产品粒度进行分析，采用M A T I ，A B2 0 17 软件初步建立了磨矿动力学方程，并对不同粒级磨矿速度进行 了分析。研究结果表明，磨矿初期，粗粒级的磨矿速度最大．细粒级磨矿速度最小且变化幅度较小，随着时间的增加，在短时 间内 1 ～1 2m i n ，磨矿速度与参数女值呈正比例相关，在合理的介质制度下能快速磨碎粗颗粒且防止细颗粒过磨．研究此动 力学过程，有助于指导尾矿选钛磨矿T 艺最佳参数的选择。 关键词选铁尾矿；M A T I ．A B ；磨矿动力学；球磨机 中图分类号T D 9 5 1文献标志码A文章编号16 7 】一9 49 2 2 0 19 0 3 0 0 2 8 j G r i n d i n gK i n e t i c sS t u d yo nI r o nT a i l i n g sf r o mH o n g g e H EK H i l ～，K Uji a n g n n g 2 J ．j 行s ￡i ￡“￡Po 厂、，么”口d i 甜mT i f 口卵i “聊 ，P 以，z z 矗i M “L 砌i u e ，- s i ￡y ，P “押z ，z i “nS i c 矗“以，2 6 』7 0 0 0 ，C 矗i 九“； 2 ． Z i Ji ”M i 行P ，一nZC o Z Z P g Po 厂f ，2PF “2 J “L 砌i u P r s j f y ，F “g o “3 5 0 j0 8 ，C 矗i 以n A b s t r a c t T h eg r i n d i n gk i n e t i c so ft a i l i n g si nb a l lm i l lw a ss t u d i e d ，as e r i e so fb a t c hg r i n d i n gt e s t sa r e c a r r i e do u tu s i n g 一2m mo fi r o nt a i l i n g so b t a i n e df r o mH o n g g em i n i n gd i s t r i c t ， a n a l y s i so ft h es i z eo f d i s t r i b u t i o no fg r i n d i n gp r o d u c t si na r a n g eo fn a r r o wp a r t i c l es i z e sa r ed o n ea n dt h ef u n c t i o no fg r i n d i n g k i n e t i c sa r eb u i l tw i t ht h es o f t w a r eM A T I 。A B2 017 ．T h er e s u l t ss h o wi nt h ei n i t i a ls t a g eo fg r i n d i n g ，t h e c o a r s e g r a i n e dg r i n d i n gs p e e di st h el a r g e s t ，t h ef i n e g r a i n e dg r i n d i n gs p e e di st h es m a l l e s ta n dc h a n g e d s m a l l ．U n d e rs h o r tt i m e 1 ～12m i n ，t h eg r i n d i n gs p e e di sd i r e c t l yp r o p o r t i o n a lt ot h ep a r a m e t e r 走v a l u e ． F a s t e rg r i n d i n gs p e e do fc o a r s ep a r t i c l e sa n dp r e v e n tf i n ep a r t i c l e sf r o mo v e r g r i n d i n gw e r eo b t a i n e du n d e ra r e a s o n a b l em e d i as y s t e m ． S t u d y i n gt h i sk i n e t i cp r o c e s sw i l lh e l pg u i d et h es e l e c t i o no fg r i n d i n gp a r a m e t e r s i np r a c t i c eo fr e c o v e r yo ft i t a n i u mf r o mi r o nt a i l i n g s ． K e yw o r d s i r o nt a i l i n g s ；M A T I 。A B ；g r i n d i n gk i n e t i c s ；b a l lm i l l 红格作为攀西四大矿区之一，其储量达到3 5 ．4 5 亿t ，是目前我国最大的钒钛磁铁矿矿床] 。前期对 红格地区的资源开采有限，主要集中在攀枝花矿区， 但是随着攀枝花矿区长期大规模的开采，优质矿石 逐渐减少，从而将目光投向了红格矿区，红格矿区常 年的选铁工艺产生了大量的尾矿，尾矿堆积造成了 大量的土地资源浪费，而且存在巨大的生态环境威 胁和地质灾害隐情。对红格地区的选铁尾矿进行二 次资源回收势在必行。 钒钛磁铁矿选铁尾矿主要作为选钛原料，红格 地区的选铁尾矿中的钛含量较高为6 ％～1 0 ％心] ，在 选铁过程中，原矿的磨矿细度主要集中在o ．1m m ， 属于粗颗粒选铁，尾矿粒度一o ．0 7 4m m 含量较低， 而针对回收钛的主要对象钛铁矿来说其粒度普遍以 o ．0 7 4m m [ 3 ] 为主，因此在选钛之前需进行磨矿，碎 磨作业是选矿工艺中一个重要的环节，设备投资大、 能耗高卧] ，磨矿作业又是一个复杂难以控制的过程， 大多数磨矿条件都是靠大量的试验来获得，缺乏夯 实的理论指导基础，因此有必要从动力学的角度研 究磨矿过程，建立磨矿动力学方程式，从而找到最佳 的磨矿条件提高磨矿效率。本文针对红格地区尾矿 在球磨机中的磨矿过程进行了研究，采用了 M A T I 。A B 2 0 1 7 对磨矿产品粒度进行了分析，推导出 动力学方程及相关参数志卅，结合参数是、行对多个窄 基金项目国家自然科学基金资助项目 5 16 7 4 0 9 1 ；福建省自然科学基金资助项目 2 0 l7 J 0 14 8 3 ；攀枝花大学科技同“种子资金”资助项目 科技 园2 0 1 9 1 1 收稿日期2 0 1 8 1 0 一2 0修回日期2 0 1 8 1 1 2 8 作者简介何逵 19 8 8 ，男，湖南省衡阳人，博士研究生，主要研究方向为钒钛磁铁矿综合利用。 万方数据 2 0 1 9 年第3 期何逵等红格某选铁尾矿磨矿动力学研究 2 9 粒级范围颗粒的磨矿速度进行了分析，得出相应粒 级物料的磨矿速度与磨矿时间的相关曲线，为选择 最佳的磨矿工艺参数提供一定的理论依据。 1试验原料与方法 1 ．1 原料 试验的选铁尾矿来自攀西红格地区，原矿多元 表1 T a b l e1 素分析见表1 ，物相分析见表2 ，粒度分析见表3 。由 表3 可知，原料中一0 ．0 7 4m m 占3 ．9 3 ％，O ．1m m 粒级含量较高，这符合攀西地区钒钛磁铁矿选铁工 艺的最佳磨矿粒度要求。同时，随着粒度的减少，钛 含量逐渐增加，且钛铁矿颗粒粒度在O ．0 7 4m m 左 右，因此在进行尾矿选钛之前有必要对其进行选择 性磨矿。 原矿多元素分析结果 M u l t i e l e m e n ta n a l y s i sr e s u l to fo r e ／％ 表2原矿物相分析结果 T a b l e2T h ep h a s ea n a l y s i sr e s u l to fo r e 金属矿物脉石矿物 钛磁铁矿、钛铁矿 赤铁矿、假象赤铁矿 雌黄铁矿、黄铁矿 普通辉石、斜长石 橄榄石、绿泥石 方解石 表3原矿粒度分析结果 T a b l e3P a r t i c l es i z ea n a l y s i sr e s u l to fo r e 粒度／m m产率／％钛品位／％ 1 ～2 O ．8 3 ～】 O ．3 5 ～O ．8 3 0 ．2 5 ～O ．3 5 O ．15 ～0 ．2 5 O ．1 ～O ．15 O ．0 7 4 ～O ．1 O ．0 7 4 合计 1 ．2 方法 1 ．2 ．1 磨矿介质试验 本次试验采用钢球作为磨矿介质，对于含有不 同粒级尾矿原料而言，采用不同直径的混合磨矿介 质比单一磨矿介质磨矿效果好得多[ 5 ] 。因此在进行 磨矿动力学行为研究之前，确定磨矿介质的直径和 配比十分重要。钢球直径计算方法采用段希祥∞o 的 半理论公式和唐荣等凹1 推导出的适合攀西钒钛磁铁 矿磨矿介质经验公式进行综合比较，计算结果如表4 所示，结合实验室目前现有的钢球尺寸，选定钢球直 径为3 0 、2 5 、1 5 、1 0m m 。介质配比采用给料粒度相 关法] ，扣除不需要再细磨的粒级，将剩余的粒级换 算成新的百分率，对应于相应粒级钢球介质，确定各 种钢球比例，得到的介质配比为9 3 0 妒2 5 妒15 9 1 0 2 7 1 1 1 5 4 7 。 表4 介质尺寸与给料粒度关系 4 I 。a b l e4 R e l a t i o n s h l pb e t w e e nm e d l as i z ea n df e e d D 一一K 善骘√彘d z szs，s，o D J 一2 9 ．5 9 d ”“83 0 2 7 ．2 1 8 ．5 15 ．9 注D 。l 为介质直径，K 。为综合修正系数，少为磨机转速率，m 为钢球 密度，印、为抗压强度．D 。为磨机内径，d 为给料粒度。 1 ．2 ．2 磨矿动力学试验 试验条件采用分批次磨矿试验，磨矿量5 0 0 g ／次，磨矿浓度6 0 ％，磨矿时间2 、3 、4 、5 、6 、7 、8 、1 0 、 1 2m i n ，磨矿介质为钢球，介质配比9 3 0 9 2 5 9 1 5 D 1 0 一2 7 1 1 1 5 4 7 ，介质充填率o ．4 ，磨矿容积 为6 ．2 5I 。，磨矿产品采用标准泰勒筛筛分，记录筛上 产品质量。采用M A T I ．A B 2 0 1 7 对磨矿产品数据进 行分析拟合，得到动力学方程和相关参数，采用公式 计算拟合多个窄粒级颗粒的磨矿速度与磨矿时间之 间的关系曲线。 2结果与分析 2 ．1 磨矿动力学方程式 磨矿动力学方程式中最常见的动力学方程∞1 如 公式 1 、 2 所示。 辈一一敞，尺一R 。e n 1 R R 。e 咄” 2 式中，f 为磨矿时问，R 。为给料中粗粒级的含 量，R 为经过时间f 后磨矿产物中粗粒级残留物的质 量，走、以为相关系数，负号表示粗粒级减少。其中当 以一1 时，为公式 1 所指的一阶动力学方程，但是绝 大多数情况下为公式 2 所表示的村阶动力学方程。 本次试验采用的是公式 2 ，对多个粒级范围的颗粒 的动力学参数进行了拟合，获得了动力学方程。 万方数据 3 0 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第3 期 采用数学解析几何的方法，在所得拟合曲线上 任意取两点1 和2 ，不难得出”的表达式 3 和是的 表达式 4 。 1g 1 9 鲁 _ 1 g 1 9 鲁⋯ “i ■_ _ 一 ＼J ， J g f 2 一l g ￡、 尼一喽 ㈩ 从 3 、 4 中可以得出，参数卵与时问的单位和 对数的种类都无相关性，是既与时间相关，也与参数 咒相关；”值主要取决于被磨物料的均匀性和强度以 及磨矿介质的球荷粒度特性，走值主要由初始磨矿粒 度决定。 不同磨矿时问下磨矿产品粒度分布见表5 所 示，由表5 可知，整体磨矿细度随着时间增加而增 加，这遵循磨矿一般规律。在1 ～4m i n 内，o ．8 3 ～2 m m 粗粒级物料的减少速度较快，4m i n 后磨矿速度 趋势变化不大；O ．0 7 4 ～o ．1 5m m 细颗粒粒级物料在 0 ～1 2m i n 内，磨矿产品量呈现出先增加后减少的趋 势，但变化幅度较小，当时间超过1 0m i n 后，质量变 化甚微，继续磨矿对尾矿的效率开始下降，应该避免 过磨带来不必要的能耗及钢耗。根据表5 中的数据 对公式 2 、 3 、 4 进行拟合，得到动力学参数点、竹 值如表6 所示，忌棚与粒径d 的关系曲线如图1 、2 所 示。此时是与，z 的方程式为洲 d 一0 ．9 6 8 ．6 3 d 一3 9 ．2 3 d 2 5 9 ．8 5 d 3 3 0 ．1 d 4 ，志 d 一一0 ．1 2 1 ．5 4 d 一1 ．3 6 d 2 1 ．1 6 d 3 ；其中忌与d 函数的相关 系数R2 一o ．9 8 27 7 ，行与d 函数的相关系数R2 一 o ．9 9 93 5 。从图1 可以看出，走值随着粒度减少而减 少，这与矿粒越细裂纹越少、碎磨越困难的规律是一 致的[ 7 3 ；门值的变化有三个趋势，在o ．8 ～1m m 急剧 增加，这是由于粗颗粒级别时矿物组成不均匀且此 时大量的辉石等低硬度脉石矿物的优先破碎导致； o ．4 ～o ．8m m 粒级时，z 值基本保持不变的趋势，随 着碎磨的继续，细颗粒增加，物料粒度组成均匀性增 加；o ．1 ～o ．4m m 粒级时行值随着粒度的减小先增 加后减小的趋势，这是由于随着磨矿时间的增加，破 碎以高硬度的石英、钛铁矿等为主，当粒级为o ．2 m m 时达到最大值后又开始降低。总的来看，动力 学参数是与门存在一定的关联，即是越大超越小。 图2柙与d 关系曲线 F i g ．2R e l a t i o n s h i pb e t w e e n ，za n dd 表5不同磨矿时间下磨矿产品累计粒度分布 T a b l e5C u m u l a t i v ep a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o no fg r i n d i n gp r o d u c t su n d e rd i f f e r e n tg r i n d i n gt i m e ／％ 1 ～2 O ．8 3 ～1 ．O O O ．3 5 ～O ．8 3 O ．2 5 ～O ．3 5 O ．15 ～O ．2 5 O ．1 ～O ．15 O ．0 7 4 ～O ．1 O ．0 7 4 0 O O 1 ．7 0 4 ．2 2 4 4 ．4 7 7 6 ．4 0 1 0 0 ．O dda线“曲∞系m关瞻 d p 与幽 是 ∞ ● 毗图‰ g F 万方数据 2 0 1 9 年第3 期何逵等红格某选铁尾矿磨矿动力学研究 3 l 表6 不同粒级尾矿走和行值 T a b l e6 T h ev a l u e so f 是a n d ”w i t hd i f f e r e n tg r a i n s i z eq u a r t zs a n d 将得到的志 d 、理 d 代人公式 2 便得到在此 表7 T a b l e7 试验条件下的动力学方程式 R R 。一 。㈨舻l 删2 ll ∥∥⋯⋯””⋯∥⋯∥’。 将d 代入拟合得到的走 d 、门 c ， 公式，得到计算值 与试验值的结果见表7 。从表7 中可以看出，计算的 是、n 值与试验值吻合度较高。其中是值与时间，和参 数，z 都相关，随着粒度的减小，磨矿过程中出现的误 差也逐渐体现出来但是基本控制在4 0 ％以内Ⅻ值 与时间￡相关，因此在磨矿过程中得到的试验值和 计算值吻合度最高，基本控制在1 0 ％以内；证明拟合 得到的函数关系具有较高的精度。 不同粒级尾矿走和门的计算值和试验值 C a l c u l a t e da n de x p e r i m e n t a lv a l u e so f 足a n d ”w i t hd i f f e r e n ts i z eo ft a i l i n g s 2 ．2 磨矿速度与动力学参数分析 公式 2 对时间求导，得到磨矿速度的表达式 5 。 口一肇一旦堕立芸兰1 一一R 。艇一一e 。，” 5 d fd f 式中u 为时间￡的磨矿速度，％／m i n ；R 。，为原 料中粗粒级的质量百分数，％；f 为磨矿时间，m i n ；志 和行为相关参数，负号表示粒度减少。将原料中R 。 与对应的参数点、竹值代人公式 5 ，应用 M A T I 。A B 2 0 1 7 对多个窄粒级的物料磨矿速度进行 分析，结果见图3 。 f ．曼 巨 零 魁 制 b 越 磨矿时间，m i n 图3各粒级物料磨矿速度与时间关系曲线 F i g3R e l a t i o n s h i pb e t w e e ng r i n d i n gs p e e da n d g r i n d i n gt i m ew i t hd i f f e r e n ts i z e 由图3 可知，从整体上来看，粗粒级的磨矿速度 都要大于细粒级的磨矿速度，这也符合磨矿规律，随 着粗粒级颗粒的减少，介质与物料的碰撞接触概率 也减少，磨矿速度随之减小；随着时间的增加，物料的 均匀性增加川值增加是值减小，磨矿速度减小。磨矿 初期 f 4m i n o ．8 3 、o ．3 5m m 两个窄粒级的磨矿速 度较大，最大值分别为3 ．6 ％／m i n 、3 ．5 ％／m i n ；随着 磨矿时间增加0 ．2 5m m 粒级物料的磨矿速度呈现出 先增大后减少的趋势，最大速度点出现在， 2m i n 时；细颗粒级o ．1 5 、o ．1 、o ．0 7 4m m 磨矿速度变化不是 很大，均保持在较低数值，说明在此介质配比下，有效 的保护了细颗粒，避免了过磨现象；如考虑取粒度d O ．3 5m m 时，走一O ．3 7 65 0 92 8 3 ，P 1 ‘≈1 4m i n ，试验中 磨矿时问为0 ～1 2m i n ，是和”共同影响磨矿速度，是值 越大、硝值越小的磨矿速度越大；如考虑取粒度d O ．0 7 4 m m 时，是一O ．0 1 00 4 53 6 4 ，P ”6 2 ．6 8 8 E 4 3 ≥ 1 2m i n ，走影响磨矿速度，是值越大磨矿速度越大；这符 合侯英凹1 所提出的动力学参数对磨矿速度影响的研 究规律。当磨矿时间￡≥1 0m i n ，7 个窄粒级物料的磨 矿速度不在随着时间的变化而变化，继续磨矿对尾矿 的磨矿效率开始下降。 万方数据 3 2 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第3 期 3结论 1 采用分批次磨矿试验，在磨矿浓度6 0 ％，介质 充填率o ．4 ，钢球介质配比妒3 0 。妒2 5 驴1 5 。妒1 0 2 7 1 1 1 5 4 7 下，粒级 2m m 选铁尾矿磨矿动 力学方程符合门阶方程模型，动力学方程为R R 。e _ 0 1 2 扎5 4 州．划2 l ⋯‰“9 6 “6 ⋯”3 ，“8 以3 ⋯ ，拟 合得到的走 d 、行 d 为多项式函数类型，经过计算 值与试验值对比发现两者的函数关系精度较高，是与 门存在一定的关联，是越大n 越小。 2 经过对7 个窄粒级原矿的磨矿速度与磨矿时间 的关系曲线对比，结合磨矿动力学相关参数志、挖值发 现，在短时间内，粗粒级磨矿速度均大于细粒级磨矿速 度，细粒级磨矿速度变化幅度很小，说明此条件下对细 颗粒磨矿效果较差，防止了过磨现象。随着磨矿时间的 增加，当￡≥1 0m i n 时，多个粒级磨矿速度不再变化，说 明此时磨矿效率达到最大，继续磨矿不利于节能节耗。 参考文献 [ 1 ] 朝启盛．红格钒钛磁铁矿选矿半工业试验研究[ J ] ．钢铁 钒钛，1 9 9 4 3 3 4 3 8 ． [ 2 ] 罗金华，武昭妤，李俊翰，等．红格钒钛磁铁矿选铁尾矿 工艺矿物学特征[ J ] ．矿产综合利用，2 0 1 5 4 5 3 5 6 ． [ 3 ] 罗金华，邱克辉，张佩聪，等．红格钒钛磁铁矿中钛磁铁 矿的矿物学特征研究[ j ] ．矿物岩石，2 0 1 3 ．3 3 3 卜6 ． [ 4 ] 段希祥．碎矿与磨矿[ ⅣI ] ．2 版．北京冶金工业出版社，2 0 0 6 ． [ 5 ] 段希祥．选择性磨矿及其应用[ M ] ．北京冶金工业出版 社，1 9 9 1 ． [ 6 ] 唐荣，刘全军．磨矿动力学用于最佳球径及球配比的工 业试验[ J ] ．昆明工学院学报，1 9 9 4 3 2 9 3 7 ． [ 7 ] 侯英，印万忠，朱巨建，等．不同碎磨方式下紫金山金铜 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a c m u sf e r r o o d d a n s r e l e v a n tt oa d h e s i o no nm i n e r a ls u r f a c e s [ J ] ． A p p l i e da n d E n v i m n m e n t a lM i c r o b i o l o g y ，1 9 9 3 ，7 4 0 5 1 4 0 5 5 ． [ 2 5 ] Y E L L J 1R A MK ，N A T A R A J A NK A ， S O M A S U N D A R A NP ． E f f e c to fb i o t r e a t m e n tw i t h T h i o b a c i l l u sf e r r o o x i d a n so nt h ef l o t a b i l i t yo fs p h a l e r i t e a n dg a l e n a [ J ] ．M i n e rM e t a l l u r gP r o c e s s i n g 。1 9 9 2 ，9 9 5 1 0 0 ． [ 2 6 ] J O H N S O NDB ，H A I 。I 。B E R GKB ．T h em i c r ob i o l o g yo f a c i d i cm i n ew a t e r s [ J ] ．R e s e a r c hi nM i c r o b i o l o g y ，2 0 0 3 ， 1 5 4 7 4 6 6 4 7 3 ． 万方数据